DE4431318C2 - Sewing device - Google Patents

Sewing device

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Description

Die Erfindung betrifft eine Nähvorrichtung mit einem Nadelsy­ stem und einem mit diesem zusammenwirkenden Greifersystem, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a sewing device with a needle needle stem and a gripper system interacting with this, according to the preamble of claim 1.

Es sind Vorrichtungen bekannt, in denen das mechanisch mit dem Greifersystem gekoppelte Nadelsystem entlang zweier Raum­ achsen, d. h. in der Ebene, in der das Nähgut liegt, verstell­ bar ist. Solche Nähvorrichtungen arbeiten befriedigend für ebene Werkstücke.Devices are known in which the mechanically the needle system coupled to the gripper system along two spaces axes, d. H. in the plane in which the sewing material lies is cash. Such sewing devices work satisfactorily for flat workpieces.

Es gibt jedoch zahlreiche mit Nähten versehene Produkte, in denen der Nahtverlauf an dem fertigen Produkt eine Kurve im Raum bildet. Ferner tritt bei solchen Produkten, die aus meh­ reren und/oder dickeren miteinander vernähten Material lagen bestehen, das Problem auf, daß die Lagen zwar unter Umständen im ebenen Zustand miteinander vernäht werden können, bei der Krümmung der so hergestellten mehrlagigen Schicht aber an der Krümmungsinnenseite Falten auftreten, während auf der Krüm­ mungsaußenseite das Material, und insbesondere auch die Naht durch die auftretende Spannung stark belastet wird. Daher be­ steht bei solchen Produkten der Wunsch, die Lagen bereits in dem der Form des fertigen Produktes entsprechenden Zustand miteinander zu vernähen. Diese Aufgabe kann mit den herkömm­ lichen Nähvorrichtungen nicht gelöst werden.However, there are numerous stitched products in which the seam course on the finished product a curve in Forms space. Furthermore occurs with such products, which from meh rere and / or thicker material sewn together insist on the problem that the locations may be can be sewn together in the flat state at which Curvature of the multilayer layer produced in this way but on the Inside curvature wrinkles occur while on the curvature outside the material, and especially the seam is heavily burdened by the voltage that occurs. Therefore be With such products there is a wish that the locations are already in the condition corresponding to the shape of the finished product to sew together. This task can be done with the conven sewing devices can not be solved.

Eine Nähvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 20 18 338 bekannt. Die dort beschriebene automatische Nähmaschine befaßt sich im wesentlichen mit dem Nähen in einer Ebene, wobei Nadelsystem und Greifersystem mechanisch unabhängig voneinander sind. Dabei sind Nadelantrieb und Greiferantrieb in nicht näher beschriebener Weise elektrisch synchronisiert. Die synchrone Bewegung von Nadelsystem und Greifersystem entlang der X-Achse und der Y-Achse sowie ihre gemeinsame Drehung um die Z-Achse werden über ein Lichtschrankensystem und Drehmelder gesteuert. Bei einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Steuerung über ein Servosystem. Eine solche automatische Nähmaschine erlaubt nur das Nähen in einer Ebene, wobei lediglich dafür gesorgt ist, daß die Größe der Nähteile praktisch unbegrenzt sein kann.A sewing device of the type mentioned is from the DE-AS 20 18 338 known. The automatic described there Sewing machine is essentially concerned with sewing in one level, with needle system and hook system mechanical  are independent of each other. There are needle drive and Gripper drive in a manner not described electrically synchronized. The synchronous movement of the needle system and Gripper system along the X-axis and the Y-axis as well as their common rotation about the Z axis are about one Light barrier system and resolver controlled. At a alternative embodiment, the control takes place via a Servo system. Such an automatic sewing machine only allows sewing in one plane, taking care only that the size of the sewing parts can be practically unlimited.

In der vorstehend genannten Schrift findet sich ferner ein Hinweis auf die Anfertigung dreidimensionaler Nähte, beispielsweise der Schulternähte für das Einfügen von Ärmeln in Kleidungsstücke. Hierzu sollen das Greifersystem und das Nadelsystem in Tragringen aufgehängt sein, mit deren Hilfe die beiden Systeme in Richtung der drei Raumachsen translatorisch verstellbar und um die drei Raumachsen drehbar sind. Es bleibt aber offen, wie diese Verstellung erfolgen soll und ob das Greifersystem und das Nadelsystem unabhängig voneinander verstellt werden können.In the above-mentioned document there is also a Reference to the production of three-dimensional seams, for example the shoulder seams for inserting sleeves in garments. The gripper system and the Needle system to be hung in support rings, with their help the two systems in the direction of the three spatial axes adjustable in translation and rotatable around the three spatial axes are. However, it remains open how this adjustment is made should and whether the gripper system and the needle system are independent can be adjusted from each other.

Aus der US-PS 49 57 054 ist ferner eine Nähvorrichtung zum Einnähen von Ärmeln in Sakkos oder dergleichen bekannt. Die Schrift zeigt in ganz allgemeiner Weise einen Roboter, an dessen Trägerarm eine komplette Nähmaschine angeordnet ist, die mit Hilfe des Roboterarmes entlang einer dreidimensionalen Kurve bewegt werden kann. Dabei sind jedoch das Oberteil oder Nadelsystem und Unterteil oder Greifersystem mechanisch miteinander gekoppelt, wie dies bei herkömmlichen Nähmaschinen der Fall ist. Es besteht bei dieser Lösung also weder das Problem, Nadelantrieb und Greiferantrieb miteinander zu synchronisieren, noch das Nadelsystem und das Greifersystem synchron miteinander entlang der Naht zu verstellen.From US-PS 49 57 054 is also a sewing device for Sewing sleeves in jackets or the like known. The Scripture generally indicates a robot the carrier arm is arranged a complete sewing machine, using the robot arm along one three-dimensional curve can be moved. But there are the upper part or needle system and lower part or Gripper system mechanically coupled, as is the case with conventional sewing machines is the case. It consists of So this solution is neither the needle drive problem and To synchronize the gripper drive with each other Needle system and the hook system synchronously with each other to adjust along the seam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nähvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der Nähte entlang einer beliebigen Raumkurve erzeugt werden können.The invention has for its object a sewing device of the type mentioned above, with the seams along any space curve can be generated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is characterized by the solved the part of claim 1 specified features.

Der wesentliche Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht also darin, das Nadelsystem und das Greifersystem, d. h. die dem herkömmlichen Nähmaschinenoberteil und Nähmaschinenunter­ teil entsprechenden Teile der Nähvorrichtung mechanisch voll­ ständig voneinander zu trennen und über die elektronische Steuereinrichtungen wieder miteinander zu koppeln. Dadurch ist es möglich, die durch die Bauart der bisher bekannten Nähvorrichtungen bedingte mechanische Beschränkungen zu eli­ minieren und ein räumliches Nähen zu ermöglichen. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung ermöglicht damit insbesondere das Vernähen von Materialschichten, die bereits in der Gestalt des fertigen Werkstückes gekrümmt übereinander liegen. Solche Werkstücke sind beispielsweise schußsichere Westen, Teile von Flugzeugen, Sitzbezüge und dergleichen. The main idea of the present invention is that is, the needle system and the gripper system, d. H. the the conventional sewing machine head and sewing machine bottom some corresponding parts of the sewing device mechanically full constantly separate from each other and through the electronic To couple control devices together again. Thereby it is possible by the design of the previously known Sewing fixtures impose mechanical restrictions on eli minimize and allow spatial sewing. The invent device according to the invention thus enables in particular Sewing layers of material already in shape of the finished workpiece lie curved one above the other. Such Workpieces are, for example, bulletproof vests, parts of Airplanes, seat covers and the like.  

Für eine vollkommen uneingeschränkte Bewegung von Nadel- und Greifersystem ist es zweckmäßig, wenn die beiden Positionier­ vorrichtungen als interpolierbare Mehrachsen-cNC-Positionier­ einheiten mit Positionierantrieben für eine translatorische Bewegung des Nadel- und des Greifersystems in und eine Dre­ hung des Nadel- und das Greifersystems um die drei Raumachsen ausgebildet sind (Anspruch 2). Derartige Positioniereinheiten sind für sich an sich bekannt.For a completely unrestricted movement of needle and Gripper system it is useful if the two positioning devices as interpolatable multi-axis CNC positioning units with positioning drives for a translatory Movement of the needle and the hook system in and a dre the needle and the hook system around the three spatial axes are formed (claim 2). Such positioning units are for known per se.

Die beide Träger können mechanisch völlig unabhängig vonein­ ander sein (Anspruch 3). Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die bei­ den Träger an derselben Basis beweglich zu lagern, die rela­ tiv zu einer Nähguthalterung verfahrbar ist (vergl. Anspruch 4).The two carriers can be mechanically completely independent of one another be different (claim 3). However, there is also the possibility that at to mount the carrier movably on the same base, the rela tiv is movable to a workpiece holder (see claim 4).

Wie dies bei CNC-Positioniereinheiten üblich ist, kann der Nahtverlauf vorgegeben werden. Es besteht aber auch die Mög­ lichkeit, daß die Steuereinrichtung Mittel zum Erfassen und Speichern einer von dem Nadelsystem und dem Greifersystem bei einem Nähvorgang gemeinsam durchlaufenen Nähkurve umfaßt (Anspruch 5), so daß ein bestimmter Nahtverlauf im sogenannten Teach-In-Ver­ fahren erfaßt und abgespeichert wird.As is common with CNC positioning units, the Seam course can be specified. But there is also the possibility Lich that the control means for detecting and Save one of the needle system and the hook system a sewing process together run through sewing curve (claim 5), so that a certain seam course in the so-called teach-in ver drive is recorded and saved.

Die Erfindung wird nun in Verbindung mit den bei­ gefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert. Es zeigen:The invention will now in connection with the at  attached drawings based on execution examples play explained. Show it:

Fig. 1 zwei beiderseits eines Gestells zur Aufnahme ei­ nes Werkstückes angeordnete einarmige Roboter, von denen der eine das Nadelsystem und der andere daß Greifersystem trägt, Fig. 1, two on either side of a rack for receiving egg nes workpiece disposed single-arm robots, one of which the needle system and the gripper system other that carries

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiarmigen Roboters, dessen einer Arm das Nadelsystem und dessen anderer Arm das Greifersystem trägt, Fig. 2 is a schematic representation of a two-armed robot whose one arm of the needle system and the other arm carries the gripper system,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zweier zweiarmiger Roboter entsprechend Fig. 2 beiderseits einer Werkstückauflage und Fig. 3 is a schematic representation of two two-armed robots corresponding to Fig. 2 on both sides of a workpiece support and

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Steuerungen der erfindungsgemäßen Nähvorrichtung. Fig. 4 is a schematic representation of the controls of the sewing device according to the invention.

In der Fig. 1 erkennt man ein allgemein mit 10 bezeichnetes Gestell zur Aufnahme und Halterung eines Werkstückes 12, das aus mehreren räumlich gekrümmten Materiallagen besteht, die entlang räumlich gekrümmter Nähte 14 miteinander vernäht wer­ den sollen.In Fig. 1 can be seen a frame generally designated 10 for receiving and holding a workpiece 12 , which consists of several spatially curved material layers, which are sewn together along spatially curved seams 14 who should.

Beiderseits des Gestelles 10 ist jeweils ein Roboter 16, 18 auf einer Schiene 20 verfahr­ bar gelagert. Die Roboter 16, 18 sind im wesentlichen iden­ tisch ausgebildet. Sie umfassen eine Basis 22 mit einem Soc­ kel 24 und einem Oberteil 26, das auf dem Sockel 24 um die Hochachse Z drehbar gelagert ist. Das Oberteil 26 trägt je­ weils einen Gelenkarm 28 mit einem ersten an dem Oberteil 26 um eine Achse 30 gelagerten Abschnitt 32 und einem an diesem um eine Achse 34 schwenkbar gelagerten zweiten Abschnitt 36. An dem freien Ende des zweiten Abschnittes 36 ist ein Halter 38 um die Längsachse 40 des zweiten Abschnittes 36 drehbar gelagert. Die Positionierantriebe der vorstehend beschriebe­ nen relativ zueinander beweglichen Teile sind nicht darge­ stellt, da der soweit beschriebene Roboter 16 bzw. 18 an sich bekannt ist.On both sides of the frame 10 , a robot 16 , 18 is mounted on a rail 20 movable bar. The robots 16 , 18 are essentially identical. They include a base 22 with a Soc kel 24 and an upper part 26 which is rotatably mounted on the base 24 about the vertical axis Z. The upper part 26 each carries an articulated arm 28 with a first section 32 mounted on the upper part 26 about an axis 30 and a second section 36 pivotably mounted thereon about an axis 34 . At the free end of the second section 36 , a holder 38 is rotatably mounted about the longitudinal axis 40 of the second section 36 . The positioning drives of the above-described relatively movable parts are not Darge, since the robot 16 and 18 described so far is known per se.

Der Halter 38 des Roboters 16 trägt ein Greifersystem 42 zu­ sammen mit dem Greiferantrieb, während der Halter 38 des Ro­ boters 18 das Nadelsystem 44 mit dem Nadelantrieb trägt. Das Greifersystem 42 und das Nadelsystem 44 können zusammen wie eine herkömmliche Nähmaschine zusammenwirken, sind jedoch me­ chanisch vollständig voneinander getrennt und nur elektronisch gekoppelt.The holder 38 of the robot 16 carries a gripper system 42 together with the gripper drive, while the holder 38 of the robot 18 carries the needle system 44 with the needle drive. The gripper system 42 and the needle system 44 can work together like a conventional sewing machine, but are mechanically completely separated from one another and only electronically coupled.

Zur Erläuterung der elektronischen Kopplung zwischen dem Nadelsystem mit dem Nadelantrieb und dem Greifersystem mit dem Greiferantrieb wird auf Fig. 4 verwiesen. Der Nadelantrieb 46 ist mit dem von ihm mechanisch unabhängigen Greiferantrieb 48 über eine erste elektronische Steuereinheit 50 gekoppelt, welche eine elektronische Synchronachse für die beiden Antriebe 46 und 48 bildet. Die Positionierantriebe der beiden Roboter 16, 18 werden jeweils über eine interpolierbare Mehrachsen-CNC-Positioniereinheit 52 bzw. 54 gesteuert, die ihrerseits über eine zweite Steuervorrichtung 56 elektronisch miteinander gekoppelt sind. Jeder Positioniereinheit 52, 54 ist dabei eine Rechnereinheit 58 bzw. 60 zugeordnet, die in einem Master-Slave-Verhältnis zueinander stehen. Welches der Systeme dabei das führende (Master-Slave-) System und welches das nachgeführte (Slave-) System ist, spielt keine Rolle.For an explanation of the electronic coupling between the needle system with the needle drive and the gripper system with the gripper drive, reference is made to FIG. 4. The needle drive 46 is coupled to the gripper drive 48 , which is mechanically independent of it, via a first electronic control unit 50 , which forms an electronic synchronous axis for the two drives 46 and 48 . The positioning drives of the two robots 16 , 18 are each controlled via an interpolatable multi-axis CNC positioning unit 52 or 54 , which in turn are electronically coupled to one another via a second control device 56 . Each positioning unit 52 , 54 is assigned a computer unit 58 or 60 , which are in a master-slave relationship to one another. Which of the systems is the leading (master-slave) system and which is the tracked (slave) system does not matter.

Die zweite Steuereinheit 56 ist dabei so ausgebildet, daß die beiden CNC-Positioniereinheiten zum Anfahren von Näharbeits­ punkten im Raum sowie zum Ausfahren in den Ruhezustand asyn­ chron arbeiten, da für diese Bewegungen für das Nadelsystem 44 einerseits und das Greifersystem 42 andererseits unter­ schiedliche räumliche Bedingungen vorliegen können. Während des Nähvorganges jedoch sind die beiden CNC-Positionierein­ heiten 52, 54 für das Greifersystem 42 bzw. das Nadelsystem 44 elektronisch zum exakten mechanisch unabhängigen Parallel­ lauf im Raum synchronisiert.The second control unit 56 is designed so that the two CNC positioning units for starting sewing work in the room as well as for extending to the idle state work asynchronously, since for these movements for the needle system 44 on the one hand and the gripper system 42 on the other hand under different spatial conditions can be present. During the sewing process, however, the two CNC positioning units 52 , 54 for the gripper system 42 and the needle system 44 are electronically synchronized to the exact mechanically independent parallel operation in the room.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dadurch, daß die beiden Gelenk­ arme 28 an ein und derselben Basis 26 angelenkt sind. Damit entfällt die Möglichkeit, die beiden Gelenkarme 28 unabhängig voneinander auf einer Schiene 20 zu verfahren. In vielen Fäl­ len wird jedoch dieser Freiheitsgrad nicht erforderlich sein. Im übrigen gilt jedoch für die Kopplung und Steuerung von Greifersystem und Nadelsystem an den beiden Gelenkarmen das gleiche wie für die an getrennten Robotern 16, 18 gemäß Fig. 1 angeordneten Systeme.The embodiment according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 in that the two articulated arms 28 are articulated on one and the same base 26 . This eliminates the possibility of moving the two articulated arms 28 independently of one another on a rail 20 . In many cases, however, this degree of freedom will not be required. Otherwise, however, the same applies to the coupling and control of the gripper system and needle system on the two articulated arms as for the systems arranged on separate robots 16 , 18 according to FIG. 1.

Fig. 3 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der zwei Vorrichtungen gemäß Fig. 2 beiderseits eines Gestelles 10 zur Aufnahme eines Werkstückes angeordnet sind, so daß gleichzeitig zwei Nähte an einem Werkstück hergestellt werden können. In Fig. 3 sind die beiden Nähvorrichtungen in einer Extremlage dargestellt, in der ihre Nadelsysteme und Greifersysteme den kürzesten Abstand voneinander haben. Die beiden Nähvorrichtungen können also unabhängig voneinander arbeiten, ohne sich gegenseitig zu behindern. Wenn sie dage­ gen so angeordnet sind, daß sich ihre Wege theoretisch kreu­ zen können, müßte eine übergeordnete Steuerung vorgesehen sein, die eine Kollision zwischen den beiden Nähvorrichtungen verhindert.Finally, FIG. 3 shows a further embodiment variant, in which two devices according to FIG. 2 are arranged on both sides of a frame 10 for receiving a workpiece, so that two seams can be produced on one workpiece at the same time. In Fig. 3, the two sewing devices are shown in an extreme position in which their needle systems and gripper systems are the shortest distance apart. The two sewing devices can therefore work independently of one another without interfering with one another. If they are arranged in such a way that their paths can theoretically cross, a higher-level control system should be provided to prevent a collision between the two sewing devices.

Das Greifersystem kann für Steppstich-, Zweifadenkettstich- oder Einfadenkettstich ausgeführt sein.The hook system can be used for lockstitch, two-thread chainstitch or single thread chain stitch.

Claims (5)

1. Nähvorrichtung mit einem Nadelsystem (44) und einem mit diesem zusammenwirkenden Greifersystem (42), die gemein­ sam relativ zum Nähgut (12) in Richtung mindestens zweier Raumachsen verstellbar sind, wobei das Nadelsystem (44) an einem ersten Träger (18, 28) angeordnet und mittels einer ersten Positioniereinrichtung (54) und das Grei­ fersystem (42) an einem zweiten Träger (16, 28) angeord­ net und mittels einer zweiten Positioniereinrichtung (52) im Raum positionierbar ist, derart, daß das Nadelsystem (44) und das Greifersystem (42) während des Nähvorganges eine vorgegebene räumliche Beziehung relativ zueinander einhalten, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste elek­ tronische Steuereinrichtung (50) vorgesehen ist, die eine Synchronachse für einen Nadelantrieb (46) des Nadelsy­ stems (44) und einen Greiferantrieb (48) des Greifersy­ stems (42) bildet, daß das Nadelsystem (44) und das Grei­ fersystem (42) jeweils an einem Gelenk am Tragarm (28) eines Roboters (16, 18) angeordnet sind, mit dessen Hilfe sie unabhängig voneinander translatorisch in Richtung der drei Raumachsen verstellbar und um letztere drehbar sind, und daß eine zweite elektronische Steuervorrichtung (56) vorgesehen ist, die jeweils eine einer Positionier­ vorrichtung (52, 54) zugeordnete Recheneinheit (58, 60) umfaßt, wobei die Recheneinheiten (58, 60) in einem Master-Slave-Verhältnis stehen. 1. Sewing device with a needle system ( 44 ) and a gripper system ( 42 ) cooperating therewith, which together can be adjusted relative to the sewing material ( 12 ) in the direction of at least two spatial axes, the needle system ( 44 ) on a first carrier ( 18 , 28 ) and arranged by means of a first positioning device ( 54 ) and the gripper system ( 42 ) on a second carrier ( 16 , 28 ) and can be positioned in space by means of a second positioning device ( 52 ), such that the needle system ( 44 ) and the hook system ( 42 ) maintain a predetermined spatial relationship relative to one another during the sewing process, characterized in that a first electronic control device ( 50 ) is provided which has a synchronous axis for a needle drive ( 46 ) of the needle system ( 44 ) and a hook drive ( 48 ) of the gripper system ( 42 ) forms that the needle system ( 44 ) and the gripper system ( 42 ) each have a joint on the support arm ( 28 ) of a robot ( 16 , 18 ) are arranged, with the aid of which they can be adjusted translationally independently of one another in the direction of the three spatial axes and rotated about the latter, and that a second electronic control device ( 56 ) is provided, each of which a positioning device ( 52 , 54 ) assigned computing unit ( 58 , 60 ), the computing units ( 58 , 60 ) being in a master-slave relationship. 2. Nähvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Positioniervorrichtungen (52, 54) als in­ terpolierbare Mehrachsen-CNC-Positioniereinheiten mit Po­ sitionierantrieben für eine translatorische Bewegung des Nadel- und des Greifersystems (44, 42) in und eine Dre­ hung des Nadel- und des Greifersystems (44, 42) um die drei Raumachsen ausgebildet sind.2. Sewing device according to claim 1, characterized in that the two positioning devices ( 52 , 54 ) as in terpolatable multi-axis CNC positioning units with Po sitionierantriebe for a translational movement of the needle and the gripper system ( 44 , 42 ) in and a Dre hung the needle and the gripper system ( 44 , 42 ) are formed around the three spatial axes. 3. Nähvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Tragarme (28) mechanisch unab­ hängig voneinander sind.3. Sewing device according to claim 1 or 2, characterized in that the two support arms ( 28 ) are mechanically independent from one another. 4. Nähvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Tragarme (28) an einer gemein­ samen Basis (22) beweglich gelagert sind, die relativ zu einer Nähguthalterung (10) verfahrbar ist.4. Sewing device according to claim 1 or 2, characterized in that the two support arms ( 28 ) on a common base ( 22 ) are movably mounted, which is movable relative to a workpiece holder ( 10 ). 5. Nähvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuervorrichtung (56) Mittel zum Erfassen und Speichern einer von dem Nadelsy­ stem (44) und dem Greifersystem (42) bei einem Nähvorgang gemeinsam durchlaufenen Nähkurve umfaßt.5. Sewing device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second control device ( 56 ) comprises means for detecting and storing one of the Nadelsy stem ( 44 ) and the gripper system ( 42 ) during a sewing process jointly passed sewing curve.
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